ES2297049T3 - Dispositivo y metodo de purificacion de gas de escape para motor de combustion interna. - Google Patents

Dispositivo y metodo de purificacion de gas de escape para motor de combustion interna. Download PDF

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Daisuke c/o Toyota Jidosha Kabushiki K. SHIBATA
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Abstract

Dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna, que incluye: un filtro (20) que soporta un absorbente de NOx sobre el mismo y que puede capturar temporalmente partículas finas contenidas en el gas de escape del motor de combustión interna (1) y eliminar las partículas finas mediante oxidación en un intervalo de temperatura prescrito, funcionando el absorbente de NOx para absorber los NOx contenidos en el gas de escape cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una relación aire-combustible pobre y para descargar los NOx absorbidos cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una de una relación aire-combustible teórica y una relación aire-combustible rica; un medio de control de la temperatura del filtro (35) para ejecutar el control del calentamiento del filtro (20); y un medio de control de la recuperación del envenenamiento por azufre (35) para ejecutar el control para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx, caracterizado por comprender: medios de control (35) para ajustar un número de revoluciones del motor de combustión interna (1) a un intervalo en el que puede elevarse una temperatura del filtro mediante el control del calentamiento cuando se determina que ha de ejecutarse el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre y el motor de combustión interna (1) ha estado en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más, y luego ejecutar el control del calentamiento mediante el medio de control de la temperatura del filtro (35) para elevar la temperatura del filtro (20) hasta un valor predeterminado, ejecutando así el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx.

Description

Dispositivo y método de purificación de gas de escape para motor de combustión interna.
Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención
La invención se refiere a un dispositivo y método de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna, y más particularmente, a un dispositivo de purificación de gas de escape y un método de purificación de gas de escape que pueden llevar a cabo la recuperación de un envenenamiento por azufre y similares aunque se continúe con un funcionamiento a una carga extremadamente baja.
2. Descripción de la técnica relacionada
En un motor de combustión interna instalado en un automóvil o similar, especialmente en un motor diésel o un motor de gasolina de mezcla pobre ("lean burn") en el que puede quemarse una mezcla que contiene una cantidad excesiva de oxígeno (una mezcla que presenta una denominada relación aire-combustible pobre), se ha estado esperando la llegada de una tecnología para purificar los óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape en el motor de combustión interna.
Se ha propuesto una tecnología de disponer un absorbente de NOx en un sistema de escape de un motor de combustión interna para satisfacer tal demanda. Se conoce un catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión como un tipo del absorbente de NOx. El catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión absorbe los óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape cuando el gas de escape que fluye hacia el catalizador muestra una elevada concentración de oxígeno, y descarga los óxidos de nitrógeno absorbidos (NOx) y los reduce a nitrógeno (N_{2}) cuando el gas de escape que fluye hacia el catalizador muestra una concentración de oxígeno disminuida en presencia de un agente reductor.
En el caso en el que el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión está dispuesto en el sistema de escape del motor de combustión interna, los óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape se absorben por el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión cuando el gas de escape muestra una relación aire-combustible elevada durante el funcionamiento con mezcla pobre del motor de combustión interna, y los óxidos de nitrógeno (NOx) absorbidos por el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión se descargan y se reducen a nitrógeno (N_{2}) cuando el gas de escape que fluye hacia el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión muestra una relación aire-combustible reducida.
Ha de observarse en el presente documento que los óxidos de azufre (SOx), que se producen mediante la combustión del azufre contenido en el combustible, también se absorben por el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión según el mismo mecanismo que en el caso de NOx. Los óxidos de azufre (SOx) no se descargan cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) normalmente se descargan y reducen. Por tanto, si se acumula una cantidad predeterminada o más de óxidos de azufre (SOx), el catalizador de NOx llega a saturarse y no puede absorber NOx. Este fenómeno, que se denomina envenenamiento por azufre (envenenamiento por SOx), provoca una disminución en la relación de purificación de NOx. Por este motivo, es necesario realizar un procedimiento de recuperación del envenenamiento para recuperar el catalizador de NOx del envenenamiento por SOx en un momento adecuado. Este procedimiento de recuperación del envenenamiento se realiza permitiendo que fluya gas de escape con una concentración de oxígeno disminuida a través del catalizador de NOx mientras que el catalizador de NOx se mantiene a una temperatura elevada (por ejemplo, de 600 a 650ºC).
Sin embargo, el gas de escape está por debajo de la temperatura mencionada anteriormente durante el funcionamiento con mezcla pobre. Por tanto, cuando el motor está en un estado de funcionamiento normal, es difícil elevar la temperatura del lecho del catalizador de NOx hasta una temperatura requerida para la recuperación del envenenamiento por azufre. En tal caso, es posible disminuir la concentración de oxígeno del gas de escape mientras que se eleva la temperatura del catalizador mencionado anteriormente añadiendo combustible a un conducto de escape.
Como método para elevar la temperatura del catalizador de NOx, se ha propuesto un dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna en la publicación de patente japonesa número 2845056. El dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna dado a conocer en esta publicación determina la cantidad de adición de un agente reductor considerando la cantidad del agente reductor consumida a través de una reacción con el oxígeno contenido en el gas de escape en un catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión y la cantidad del agente reductor requerida para la reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx) absorbidos por el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión. Este dispositivo de purificación de gas de escape evita así que el agente reductor se suministre de forma excesiva o insuficiente y tiene como objetivo inhibir que se deterioren las propiedades de emisión de escape por la descarga del agente reductor o los óxidos de nitrógeno (NOx) a la atmósfera.
Por otro lado, en un motor diésel, es importante eliminar la materia particulada (a continuación en el presente documento, denominada "MP" a menos que se mencione de otra manera) tal como hollín como materia particulada suspendida contenida en el gas de escape. Por tanto, se conoce bien en la técnica una tecnología de proporcionar un filtro de partículas (a continuación en el presente documento, denominado simplemente "filtro") para recoger la MP en un sistema de escape del motor diésel con el fin de evitar que la MP se descargue a la atmósfera. Este filtro recoge la MP contenida en el gas de escape y evita así que se descargue a la atmósfera. Sin embargo, si la MP recogida por el filtro se acumula sobre el filtro, puede obstruirse el filtro con la MP. Tal obstrucción eleva la presión del gas de escape aguas arriba del filtro, produciendo así posiblemente una potencia de salida reducida del motor de combustión interna y un daño del filtro. En tal caso, es posible eliminar la MP encendiendo y quemando la MP acumulada sobre el filtro. Tal eliminación de la MP acumulada sobre el filtro se denomina regeneración del filtro.
Con el fin de encender y quemar la MP recogida por el filtro, debe elevarse la temperatura del filtro hasta una temperatura elevada de, por ejemplo, 500ºC o más. Sin embargo, puesto que la temperatura del gas de escape del motor diésel es inferior a esta temperatura, es difícil eliminar la MP a través de combustión en un estado de funcionamiento normal.
Es posible usar un calentador eléctrico, quemador o similar para calentar el filtro hasta una temperatura que produce el encendido y la combustión de la MP recogida. Sin embargo, esto requiere que se suministre una gran cantidad de energía desde el exterior. Con respecto a este problema, la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público número 6-159037 y similares usan un filtro que soporta un catalizador de NOx y un dispositivo para suministrar hidrocarburos al gas de escape como agente reductor. Esto facilita la combustión de la MP usando el calor generado por la combustión de los hidrocarburos suministrados al gas de escape en el catalizador de NOx.
La recuperación mencionada anteriormente del envenenamiento por azufre se lleva a cabo con la concentración de oxígeno del gas de escape disminuida. Sin embargo, si se añade el agente reductor durante el funcionamiento a carga elevada del motor de combustión interna, el agente reductor se quema en el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión. Como resultado, la temperatura del catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión se eleva excesivamente. Esto puede provocar la degradación térmica del catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión. Por consiguiente, es preferible que la recuperación del envenenamiento por azufre se lleve a cabo mientras que el motor de combustión interna está en un intervalo de carga baja.
Sin embargo, en el caso en el que el motor de combustión interna está en un estado de funcionamiento a carga extremadamente baja durante un tiempo prolongado, por ejemplo, en el caso en el que se aparca un vehículo que tiene el motor de combustión interna en un estado al ralentí durante un tiempo prolongado o circula en tráfico intenso en una ciudad, el motor de combustión interna descarga una pequeña cantidad de gas de escape y por tanto, la cantidad absoluta de calor generado por el gas de escape no es suficiente para elevar la temperatura global del filtro (por ejemplo, un filtro con una capacidad de 2 litros) que soporta el catalizador de NOx.
Aunque es necesario llevar a cabo el control para la regeneración de la MP acumulada sobre el filtro o el control para la regeneración del catalizador de NOx del envenenamiento por azufre (también denominado control para la recuperación del envenenamiento por azufre) en tal estado, es imposible elevar la temperatura del catalizador de NOx hasta un intervalo de temperatura requerido para tales controles. Por tanto, es imposible llevar a cabo estos controles. Como resultado, no se eliminan la MP y los NOx, provocando así posiblemente una purificación insuficiente del gas de escape.
Resumen de la invención
La invención se realiza para resolver los problemas anteriores, y es un objeto de la invención proporcionar una tecnología que puede llevar a cabo la eliminación de la MP capturada por un filtro y el control de la recuperación del envenenamiento por azufre de un catalizador de NOx aunque se deje un motor de combustión interna en un estado de funcionamiento a carga extremadamente baja.
Con el fin de conseguir el objeto anterior, un dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna según la invención adopta los siguientes medios. Más específicamente, el dispositivo de purificación de gas de escape incluye un filtro, un medio de control de la temperatura del filtro y un medio de control de la recuperación del envenenamiento por azufre. El filtro soporta un absorbente de NOx sobre el mismo, y puede capturar temporalmente partículas finas contenidas en el gas de escape del motor de combustión interna y eliminar las partículas finas mediante oxidación en un intervalo de temperatura prescrito. El absorbente de NOx funciona para absorber los NOx contenidos en el gas de escape cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una relación aire-combustible pobre y para descargar los NOx absorbidos cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una relación aire-combustible teórica o una relación aire-combustible rica. El medio de control de la temperatura del filtro ejecuta el control del calentamiento del filtro. El medio de control de la recuperación del envenenamiento por azufre ejecuta el control para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx. El dispositivo de purificación de gas de escape se caracteriza porque cuando se determina que ha de ejecutarse el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre, y el motor de combustión interna ha estado en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más, el número de revoluciones del motor de combustión interna se ajusta hasta un intervalo en el que la temperatura del filtro puede elevarse mediante el control del calentamiento, y el control del calentamiento se ejecuta entonces mediante el medio de control de la temperatura del filtro para elevar la temperatura del filtro hasta un valor predeterminado, ejecutando así el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx.
También según la invención, se proporciona un método de purificación de gas de escape de un dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna. El dispositivo de purificación de gas de escape incluye un filtro, un medio de control de la temperatura del filtro y un medio de control de la recuperación del envenenamiento por azufre. El filtro soporta un absorbente de NOx sobre el mismo, y puede capturar temporalmente partículas finas contenidas en el gas de escape del motor de combustión interna y eliminar las partículas finas mediante oxidación en un intervalo de temperatura prescrito. El absorbente de NOx funciona para absorber los NOx contenidos en el gas de escape cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una relación aire-combustible pobre y para descargar los NOx absorbidos cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una relación aire-combustible teórica o una relación aire-combustible rica. El medio de control de la temperatura del filtro ejecuta el control del calentamiento del filtro. El medio de control de la recuperación del envenenamiento por azufre ejecuta el control para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx. El método de purificación de gas de escape incluye las etapas de: cuando se determina que ha de ejecutarse el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre, y el motor de combustión interna ha estado en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más, ajustar el número de revoluciones del motor de combustión interna hasta un intervalo en el que la temperatura del filtro puede elevarse mediante el control del calentamiento; ejecutar el control del calentamiento mediante el medio de control de la temperatura del filtro para elevar la temperatura del filtro hasta un valor predeterminado; y ejecutar el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx.
El dispositivo de purificación de gas de escape anterior para el motor de combustión interna y el método de purificación de gas de escape anterior se caracterizan porque, si el motor de combustión interna ha estado en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más y se requiere la eliminación de partículas finas mediante oxidación o la recuperación del envenenamiento por azufre para el filtro, el número de revoluciones del motor de combustión interna se ajusta para ejecutar estos procedimientos, y el control del calentamiento se ejecuta para elevar la temperatura del filtro hasta un valor predeterminado en el que pueden realizarse los procedimientos mencionados anteriormente. Posteriormente, pueden ejecutarse la eliminación de partículas finas mediante oxidación y la recuperación del envenenamiento por azufre.
La relación aire-combustible del gas de escape no se refiere a una relación en peso de aire con respecto a combustible contenido en la mezcla introducida en el motor de combustión interna, sino a una relación en peso de aire con respecto a combustible contenido en el gas descargado a un conducto de escape como resultado de la combustión del motor de combustión interna.
Por ejemplo, "cuando el estado de combustión interna está en el estado de carga extremadamente baja" se refiere al caso en el que el motor de combustión interna está en un estado al ralentí.
"Ajustar el número de revoluciones del motor de combustión interna hasta el intervalo en el que puede elevarse la temperatura del filtro" significa que, si el motor de combustión interna en un estado al ralentí o en un estado próximo al estado al ralentí tiene un número de revoluciones inferior a 1.000 rpm, el número de revoluciones se eleva hasta, por ejemplo, 1.200 rpm o más. Este valor del número de revoluciones varía dependiendo del estado del motor de combustión interna y otros estados de funcionamiento.
De esta manera, el número de revoluciones del motor de combustión interna se eleva en primer lugar para aumentar la cantidad de generación de calor, y por tanto, se desplaza hasta el intervalo en el que la temperatura del filtro puede elevarse mediante el control del calentamiento. Posteriormente, puede ejecutarse el control del calentamiento mediante cualquier combinación de combustión a baja temperatura, post-inyección, inyección VIGOM y adición de combustible a un sistema de escape según el estado de funcionamiento del motor de combustión interna. Por ejemplo, puede ejecutarse el control del calentamiento para eliminar las partículas finas mediante oxidación mediante la combinación de una o más de la combustión a baja temperatura, la post-inyección, la inyección VIGOM y la adición de combustible al sistema de escape, y puede ejecutarse el control del calentamiento para la recuperación del envenenamiento por azufre mediante la combinación de la combustión a baja temperatura y la adición de combustible al sistema de
escape.
En el control del calentamiento para eliminar las partículas finas mediante oxidación, es preferible realizar al menos la combustión a baja temperatura cuando la temperatura de un refrigerante del motor de combustión interna es igual que o superior a un valor predeterminado, y realizar al menos la post-inyección cuando la temperatura del refrigerante del motor de combustión interna es inferior al valor predeterminado.
La combustión a baja temperatura se realiza preferiblemente en el motor de combustión interna a una relación aire-combustible pobre débil en un intervalo de 15 a 19.
La eliminación de partículas finas mediante oxidación y la recuperación del envenenamiento por azufre se realizan individualmente según se requiera. Por ejemplo, en la recuperación del envenenamiento por azufre, la temperatura del filtro normalmente debe elevarse hasta un valor superior (al menos 600ºC) que el de la eliminación de partículas finas mediante oxidación. Por lo tanto, puede ser el caso en el que la temperatura del lecho del filtro se eleva hasta aproximadamente 500ºC para realizar sólo la eliminación de partículas finas mediante oxidación.
En la eliminación de partículas finas mediante oxidación, puede disponerse un manómetro aguas arriba y aguas abajo del filtro para medir una presión de gas de escape en un conducto de escape en posiciones aguas arriba y aguas abajo del filtro. Cuando la diferencia entre las presiones de gas de escape medidas alcanza un valor predeterminado o más, se determina que al menos una cantidad predeterminada de partículas finas se ha acumulado sobre el filtro. Por lo tanto, puede determinarse que se requiere la eliminación de partículas finas mediante oxidación.
Puede determinarse si debe realizarse o no el control de la recuperación del envenenamiento por azufre basándose en los siguientes factores: la cantidad total de combustible suministrado al motor, la cantidad de combustible añadido al filtro, la cantidad que fluye de NOx, que se detecta mediante un sensor de NOx proporcionado aguas abajo del filtro, la distancia de marcha de un vehículo que tiene un motor de combustión interna montado en el mismo, o similar.
En el dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según la invención, un agente de descarga de oxígeno activo para absorber oxígeno cuando está presente una cantidad excesiva de oxígeno alrededor del agente de descarga de oxígeno activo y descargar el oxígeno absorbido como oxígeno activo cuando disminuye la concentración de oxígeno ambiental puede estar soportado sobre el filtro. El oxígeno activo se descarga del agente de descarga de oxígeno activo cuando se adhieren al filtro partículas finas, mediante lo cual las partículas finas que se adhieren al filtro pueden eliminarse mediante oxidación con el oxígeno activo descargado.
Por tanto, el dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según la invención proporciona una serie de medios para realizar la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o la recuperación del envenenamiento por azufre de un absorbente de NOx que no pueden realizarse a menos que la temperatura del filtro se eleve hasta un valor predeterminado en el caso en el que la combustión interna se deja en un estado de funcionamiento a carga extremadamente baja. Por lo tanto, la eliminación de partículas finas acumuladas sobre el filtro y la recuperación del catalizador de NOx envenenado por azufre pueden realizarse incluso en tal situación.
Breve descripción de los dibujos
Los anteriores y otros objetos, características, ventajas y significación técnica e industrial de esta invención se entenderán mejor con la lectura de la siguiente descripción detallada de realizaciones a modo de ejemplo de la invención, cuando se considere junto con los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de un motor diésel que tiene sistemas de escape y admisión y al que se aplica un dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna según una realización de la invención;
la figura 2A es una vista en sección transversal de un filtro de partículas que se aplica al dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según la realización;
la figura 2B es una vista en sección longitudinal del filtro de partículas en la figura 2A;
la figura 3 es un diagrama de bloques que muestra la estructura interna de una ECU que se aplica al dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según la realización;
la figura 4 muestra la relación entre la temperatura del lecho del filtro de partículas en las figuras 2A y 2B y la combustión de la MP; y
la figura 5A y la figura 5B son diagramas de flujo para ejecutar el control del calentamiento que se aplica al dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según la realización de la invención.
Descripción de las realizaciones a modo de ejemplo
En la siguiente descripción y los dibujos adjuntos, se describirá la invención con más detalle en cuanto a realizaciones a modo de ejemplo.
A continuación en el presente documento, se describirá una realización específica de un dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna según la invención con referencia a los dibujos. La siguiente descripción trata de un caso a modo de ejemplo en el que el dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según la invención se aplica a un motor diésel para conducir un vehículo.
La figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de un motor de combustión interna 1 que tiene sistemas de admisión y escape y al que se aplica el dispositivo de purificación de gas de escape según esta realización.
El motor de combustión interna 1 mostrado en la figura 1 es un motor diésel de cuatro tiempos refrigerado por agua que tiene cuatro cilindros 2.
El motor de combustión interna 1 tiene válvulas de inyección de combustible 3 que inyectan cada una combustible directamente una cámara de combustión de un cilindro correspondiente de los cilindros 2. Cada una de las válvulas de inyección de combustible 3 está conectada a un acumulador (raíl común) 4 para acumular combustible hasta que se alcanza una presión predeterminada. El raíl común 4 está dotado con un sensor de presión del raíl común 4a para producir una señal eléctrica correspondiente a la presión del combustible en el raíl común 4.
El raíl común 4 se comunica con una bomba de combustible 6 a través de un tubo de suministro de combustible 5. La bomba de combustible 6 funciona usando un par de rotación de un eje de salida (cigüeñal) del motor de combustión interna 1 como fuente impulsora. Una polea de bomba 6a unida a un eje de entrada de la bomba de combustible 6 está conectada a través de una correa 7 a una polea de cigüeñal 1a unida al eje de salida (cigüeñal) del motor de combustión interna 1.
En el sistema de inyección de combustible así construido, si se transmite un par de rotación del cigüeñal al eje de entrada de la bomba de combustible 6, la bomba de combustible 6 descarga combustible a una presión correspondiente al par de rotación transmitido desde el cigüeñal al eje de entrada de la bomba de combustible 6.
El combustible descargado desde la bomba de combustible 6 se suministra al raíl común 4 a través del tubo de suministro de combustible 5, se acumula en el raíl común 4 hasta que se alcanza la presión predeterminada y se distribuye a las válvulas de inyección de combustible 3 en los cilindros 2. Si se aplica una corriente impulsora a las válvulas de inyección de combustible 3, se abren las válvulas de inyección de combustible 3. Como resultado, se inyecta combustible desde cada una de las válvulas de inyección de combustible 3 en un cilindro correspondiente de los cilindros 2.
Un tubo bifurcado de admisión 8 está conectado al motor de combustión interna 1. Cada bifurcación del tubo bifurcado de admisión 8 se comunica con la cámara de combustión de un cilindro correspondiente de los cilindros 2 a través de un orificio de admisión (no mostrado).
El tubo bifurcado de admisión 8 está conectado a un tubo de admisión 9, que está conectado a una caja de depurador de aire 10. Un anemómetro 11 y un sensor de temperatura de admisión 12 están unidos al tubo de admisión 9 aguas abajo de la caja de depurador de aire 10. El anemómetro 11 produce una señal eléctrica correspondiente a la masa de aire de admisión que fluye a través del tubo de admisión 9. El sensor de temperatura de admisión 12 produce una señal eléctrica correspondiente a la temperatura del aire de admisión que fluye a través del tubo de admisión 9.
Una válvula de mariposa de admisión 13 para ajustar la velocidad de flujo del aire de admisión que fluye a través del tubo de admisión 9 está dispuesta en el tubo de admisión 9 inmediatamente aguas arriba del tubo bifurcado de admisión 8. Un accionador de mariposa de admisión 14 está unido a la válvula de mariposa de admisión 13. El accionador de mariposa de admisión 14 está compuesto por un motor paso a paso y similares e impulsa la válvula de mariposa de admisión 13 en las direcciones de apertura y cierre.
Una carcasa de compresor 15a para un sobrealimentador centrífugo (turboalimentador) 15 que funciona usando energía hidrodinámica del gas de escape como fuente impulsora está dispuesta en el tubo de admisión 9 entre el anemómetro 11 y la válvula de mariposa de admisión 13. Un refrigerador intermedio 16 para refrigerar el aire de admisión que ha alcanzado una temperatura elevada como resultado de la compresión en la carcasa de compresor 15a está dispuesto en el tubo de admisión 9 aguas abajo de la carcasa de compresor 15a.
En el sistema de admisión así construido, se elimina del aire de admisión que ha fluido hacia la caja de depurador de aire 10, el polvo, la suciedad, o similar mediante un depurador de aire (no mostrado) en la caja de depurador de aire 10, y entonces fluye hacia la carcasa de compresor 15a a través del tubo de admisión 9.
El aire de admisión que ha fluido hacia la carcasa de compresor 15a se comprime por la rotación de una rueda de compresor, que se ajusta en la carcasa de compresor 15a. El aire de admisión que ha alcanzado una temperatura elevada como resultado de la compresión en la carcasa de compresor 15a se refrigera en el refrigerador intermedio 16 y fluye hacia el tubo bifurcado de admisión 8. Si es necesario, la válvula de mariposa de admisión 13 ajusta la velocidad de flujo del aire de admisión. El aire de admisión que ha fluido hacia el tubo bifurcado de admisión 8 se distribuye a la cámara de combustión de cada uno de los cilindros 2 a través de una bifurcación correspondiente de las bifurcaciones y se enciende usando el combustible inyectado desde una válvula correspondiente de las válvulas de inyección de combustible 3 como fuente de encendido.
Por otro lado, un tubo bifurcado de escape 18 está conectado al motor de combustión interna 1. Cada bifurcación del tubo bifurcado de escape 18 se comunica con la cámara de combustión de un cilindro correspondiente de los cilindros 2 a través de un orificio de escape (no mostrado).
El tubo bifurcado de escape 18 está conectado a una carcasa de turbina 15b del sobrealimentador centrífugo 15. La carcasa de turbina 15b está conectada a un tubo de escape 19, que está conectado aguas abajo del mismo a un silenciador (no mostrado).
El tubo de escape 19 se extiende a lo largo de un filtro de partículas 20 (a continuación en el presente documento, denominado simplemente filtro) que soporta un catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión. Un sensor de temperatura de escape 24 para producir una señal eléctrica correspondiente a la temperatura del gas de escape que fluye a través del tubo de escape 19 está unido al tubo de escape 19 aguas arriba del filtro 20.
Se proporciona un sensor de presión diferencial 37 con el fin de detectar la diferencia de presión en el tubo de escape 19 entre los lados aguas arriba y aguas abajo del filtro 20.
Una válvula de mariposa de escape 21 para ajustar la velocidad de flujo del gas de escape que fluye a través del tubo de escape 19 está dispuesta en el tubo de escape 19 aguas abajo del filtro 20. Un accionador de mariposa de escape 22 está unido a la válvula de mariposa de escape 21. El accionador de mariposa de escape 22 está compuesto por un motor paso a paso y similares e impulsa la válvula de mariposa de escape 21 en las direcciones de apertura y cierre.
En el sistema de escape así construido, se descarga una mezcla (gas quemado) quemada en cada uno de los cilindros 2 del motor de combustión interna 1 al tubo bifurcado de escape 18 a través del orificio de escape y entonces fluye desde el tubo bifurcado de escape 18 hacia la carcasa de turbina 15b del sobrealimentador centrífugo 15. El gas de escape que ha fluido hacia la carcasa de turbina 15b hace rotar una rueda de turbina con la ayuda de su energía hidrodinámica. La rueda de turbina está soportada de manera que puede rotar en la carcasa de turbina 15b. En este caso, se transmite un par de rotación de la rueda de turbina a la rueda de compresor en la carcasa de compresor 15a mencionada anteriormente.
El gas de escape descargado desde la carcasa de turbina 15b fluye hacia el filtro 20 a través del tubo de escape 19. Se recoge la MP contenida en el gas de escape y se eliminan o purifican los componentes gaseosos nocivos contenidos en el gas de escape. El gas de escape cuya MP se ha recogido por el filtro 20 y cuyos componentes gaseosos nocivos se han eliminado o purificado mediante el filtro 20 se descarga a la atmósfera a través del silenciador. Si es necesario, la válvula de mariposa de escape 21 ajusta la velocidad de flujo del gas de escape.
El tubo bifurcado de escape 18 y el tubo bifurcado de admisión 8 se comunican entre sí a través de un conducto de recirculación de gas de escape 25 (a continuación en el presente documento, denominado conducto EGR) a través del que se recircula parte del gas de escape que fluye a través del tubo bifurcado de escape 18 al tubo bifurcado de admisión 8. El conducto de EGR 25 se extiende a lo largo una válvula de ajuste de la velocidad del flujo 26 (a continuación en el presente documento, denominada válvula de EGR). La válvula de ajuste de la velocidad de flujo 26 está compuesta por una válvula electromagnética y similares y cambia la velocidad de flujo del gas de escape que fluye a través del
conducto de EGR 25 (a continuación en el presente documento, denominado gas de EGR) según la potencia aplicada.
Un refrigerador de EGR 27 para refrigerar gas de EGR que fluye a través del conducto de EGR 25 está dispuesto en el conducto de EGR 25 aguas arriba de la válvula de EGR 26. El refrigerador de EGR 27 está dotado con un conducto de refrigerante (no mostrado), a través del que circula parte del refrigerante para refrigerar el motor de combustión interna 1.
En el mecanismo de recirculación de gas de escape así construido, el conducto de EGR 25 se puede atravesar si la válvula de EGR 26 está abierta. Parte del gas de escape que fluye a través del tubo bifurcado de escape 18 fluye hacia el conducto de EGR 25, fluye a través del refrigerador de EGR 27 y se introduce en el tubo bifurcado de admisión 8.
En este caso, se intercambia calor en el refrigerador de EGR 27 entre el gas de EGR que fluye a través del conducto de EGR 25 y el refrigerante del motor de combustión interna 1. Como resultado, se refrigera el gas de EGR.
El gas de EGR recirculado desde el tubo bifurcado de escape 18 al tubo bifurcado de admisión 8 a través del conducto de EGR 25 se mezcla con aire nuevo que ha fluido desde una parte aguas arriba del tubo bifurcado de admisión 8 y se introduce en las cámaras de combustión de los cilindros 2.
Ha de observarse en el presente documento que el gas de EGR contiene componentes gaseosos inertes que no se queman por sí mismos y que tienen una elevada capacidad calorífica, tal como agua (H_{2}O) y dióxido de carbono (CO_{2}). Por lo tanto, la temperatura de combustión de una mezcla es baja si la mezcla contiene gas de EGR. Como resultado, se reduce la cantidad de generación de óxidos de nitrógeno (NOx).
Además, si se refrigera gas de EGR en el refrigerador de EGR 27, disminuye la temperatura del propio gas de EGR y se reduce el volumen del mismo. Por tanto, cuando se suministra gas de EGR a una cámara determinada de las cámaras de combustión, la temperatura atmosférica en la cámara de combustión no se eleva innecesariamente y la cantidad (volumen) de aire nuevo suministrado a la cámara de combustión tampoco disminuye innecesariamente.
En esta realización, se realiza la combustión a baja temperatura en la que la cantidad de gas de EGR aumenta durante el funcionamiento a baja carga en comparación con el funcionamiento normal, y se realizan la eliminación de la MP, la purificación de los NOx y el control del calentamiento del filtro 20. Ahora se describirá la combustión a baja temperatura.
Tal como se describió anteriormente, convencionalmente se usa la EGR para suprimir la generación de NOx. El gas de EGR tiene una relación de calor específico relativamente elevada, y se requiere una gran cantidad de calor para elevar la temperatura del gas de EGR. Por lo tanto, se reduce la temperatura de combustión en los cilindros 2 a medida que aumenta la relación de gas de EGR en el aire de admisión. Puesto que se reduce la cantidad de generación de NOx con la reducción de la temperatura de combustión, puede reducirse la cantidad de descarga de NOx con el aumento de la relación de gas de EGR.
Sin embargo, a medida que aumenta la relación de gas de EGR, empieza a aumentar bruscamente la cantidad de generación de hollín a partir de una determinada relación de gas de EGR. Por lo tanto, normalmente se realiza el control de la EGR a una relación de gas de EGR que es inferior a ese valor.
A medida que aumenta adicionalmente la relación de gas de EGR, aumenta bruscamente la cantidad de hollín tal como se describió anteriormente. Sin embargo, existe un máximo en la cantidad de generación de hollín. Si la relación de gas de EGR aumenta más allá de ese máximo, la cantidad de generación de hollín empieza a reducirse bruscamente, y finalmente apenas se genera hollín.
El motivo de esto es el siguiente: cuando la temperatura del combustible y el gas alrededor del combustible durante la combustión en las cámaras de combustión es igual que o inferior a un determinado valor, los hidrocarburos (HC) dejan de crecer antes de convertirse en hollín. Cuando la temperatura del combustible y el gas alrededor del combustible se vuelve igual que o superior a un determinado valor, los hidrocarburos (HC) crecen rápidamente para dar hollín.
Por consiguiente, no se generará hollín si la temperatura del combustible y el gas alrededor del combustible durante la combustión en las cámaras de combustión se suprime hasta como mucho un valor que detiene el crecimiento de los hidrocarburos (HC). En este caso, la temperatura del combustible y el gas alrededor del combustible se ve muy afectada por el efecto endotérmico del gas alrededor del combustible durante la combustión del combustible. Por lo tanto, puede suprimirse la generación de hollín ajustando la cantidad de calor absorbida por el gas alrededor del combustible, es decir, la relación de gas de EGR, según la cantidad de calor generado por la combustión del combustible.
La relación de gas de EGR para la combustión a baja temperatura se obtiene por adelantado mediante experimentación o similar, y se almacena previamente un mapa de la relación de gas de EGR en una ROM 352 (memoria de sólo lectura) en una ECU 35 (tal como se muestra en la figura 3). La cantidad de gas de EGR se controla por retroalimentación basándose en este mapa.
Los hidrocarburos (HC) que han dejado de crecer antes de convertirse en hollín pueden quemarse usando un agente oxidante o similar soportado sobre el filtro 20.
Por tanto, la combustión a baja temperatura se realiza básicamente purificando los hidrocarburos (HC) que han dejado de crecer antes de convertirse en hollín usando un agente oxidante o similar. Por consiguiente, en el caso en el que el agente oxidante o similar es inactivo, los hidrocarburos (HC) se descargan a la atmósfera sin purificarse, y por lo tanto es difícil usar la combustión a baja temperatura.
Además, es durante el funcionamiento a carga relativamente baja que genera una pequeña cantidad de calor por la combustión cuando puede controlarse la temperatura del combustible y el gas alrededor del combustible durante la combustión en los cilindros 2 hasta como mucho un valor que detiene el crecimiento de los hidrocarburos (HC).
Por consiguiente, puesto que el motor de combustión interna 1 permanece en un estado de funcionamiento a carga baja, de bajo número de revoluciones en esta realización, el control de la combustión a baja temperatura se realiza cuando el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión soportado sobre el filtro 20 alcanza una región activa. Puede determinarse si el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión está o no en la región activa basándose en una señal de salida del sensor de temperatura de escape 24 o similar.
Por tanto, en la combustión a baja temperatura, pueden reducirse y purificarse los NOx suministrando hidrocarburos (HC) que sirven como agente reductor al catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión mientras se suprime la descarga de la MP tal como hollín. La temperatura del filtro 20 puede elevarse por el calor generado como resultado de la reducción y purificación de los NOx.
Por consiguiente, en esta realización, la temperatura del lecho del filtro 20 se eleva realizando la combustión a baja temperatura, según sea necesario. En este caso, se realiza el control del calentamiento con la variación de la relación aire-combustible dependiendo de una temperatura objetivo. En otras palabras, cuando la temperatura objetivo es elevada, se realiza el control del calentamiento a una relación aire-combustible baja. Puede obtenerse una relación aire-combustible deseada ajustando la cantidad de gas de EGR.
Obsérvese que se realiza la post-inyección con el fin de obtener una relación aire-combustible rica de gas de escape inyectando combustible en una carrera de expansión o carrera de escape tras la inyección primaria.
Ahora se describirá el filtro 20 según esta realización. Las figuras 2A y 2B muestran secciones transversales del filtro 20. La figura 2A es una vista en sección transversal del filtro 20. La figura 2B es una vista en sección longitudinal del filtro 20.
Tal como se muestra en las figuras 2A y 2B, el filtro 20 es del tipo denominado de flujo continuo ("wall-flow") y tiene una pluralidad de conductos de flujo de gas de escape 50, 51 que se extienden paralelos entre sí. Estos conductos de flujo de gas de escape están compuestos por conductos de flujo de entrada de gas de escape 50 con sus extremos aguas abajo cerrados por bujías 52 y conductos de flujo de salida de gas de escape 51 con sus extremos aguas arriba cerrados por bujías 53. Obsérvese que las zonas sombreadas en la figura 2A indican las bujías 53. Por consiguiente, los conductos de flujo de entrada de gas de escape 50 y los conductos de flujo de salida de gas de escape 51 están dispuestos de manera alterna con la interposición de divisiones delgadas 54. En otras palabras, los conductos de flujo de entrada de escape 50 y los conductos de flujo de salida de escape 51 están dispuestos de tal manera que cada uno de los conductos de flujo de entrada de gas de escape 50 está rodeado por cuatro de los conductos de flujo de salida de gas de escape 51 y que cada uno de los conductos de flujo de salida de gas de escape 51 está rodeado por cuatro de los conductos de flujo de entrada de gas de escape 50.
El filtro 20 está formado por un material poroso, tal como cordierita. Por tanto, tal como se indica mediante las flechas en la figura 2B, el gas de escape que ha fluido hacia los conductos de flujo de entrada de gas de escape 50 fluye hacia fuera al interior de los conductos de flujo de salida de gas de escape 51 a través de los que rodean las divisiones 54.
En la realización de la invención, se forman capas de soporte compuestas por alúmina o similar sobre una superficie de pared periférica de cada uno de los conductos de flujo de entrada de gas de escape 50 y una superficie de pared periférica de cada uno de los conductos de flujo de salida de gas de escape 51, concretamente, ambas superficies de cada una de las divisiones 54, y sobre las superficies de pared internas de los poros formados en las divisiones 54. El catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión está soportado sobre las capas de soporte.
A continuación en el presente documento, se describirán las funciones del catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión soportado sobre el filtro según esta realización.
Por ejemplo, el filtro 20 tiene un soporte compuesto por alúmina, y al menos un material seleccionado de un metal alcalino tal como potasio (K), sodio (Na), litio (Li) o cesio (Cs), un alcalinotérreo tal como bario (Ba) o calcio (Ca), y una tierra rara tal como lantano (La) o itrio (Y), y un metal noble tal como platino (Pt) están soportados sobre el soporte. Esta realización adopta un catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión que se construye teniendo bario (Ba) y platino (Pt) soportados sobre un soporte compuesto por alúmina y añadiendo ceria (Ce_{2}O_{3}) que puede almacenar O_{2} en el soporte.
El catalizador de NOx así construido absorbe los óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape cuando el gas de escape que fluye hacia el catalizador de NOx muestra una elevada concentración de oxígeno.
Por otro lado, el catalizador de NOx descarga los óxidos de nitrógeno (NOx) absorbidos si disminuye la concentración de oxígeno del gas de escape que fluye hacia el catalizador de NOx. En este caso, si existen componentes reductores tales como hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO) en el gas de escape, el catalizador de NOx puede reducir los óxidos de nitrógeno (NOx) descargados del mismo en nitrógeno (N_{2}).
Si el motor de combustión interna 1 está en funcionamiento con mezcla pobre, el gas de escape descargado desde el motor de combustión interna 1 muestra una relación aire-combustible pobre y una elevada concentración de oxígeno. Por tanto, el catalizador de NOx absorbe los óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape. Sin embargo, si el motor de combustión interna 1 permanece en funcionamiento con mezcla pobre durante un tiempo prolongado, la capacidad de absorción de NOx del catalizador de NOx alcanza su límite. Como resultado, los óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape permanecen en él sin eliminarse por el catalizador de NOx.
Especialmente en el caso del motor de combustión interna 1 construido como un motor diésel, se quema una mezcla de relaciones aire-combustible pobres en la mayoría de los intervalos de funcionamiento, y por tanto, el gas de escape muestra relaciones aire-combustible pobres en la mayoría de los intervalos de funcionamiento. Por lo tanto, la capacidad de absorción de NOx del catalizador de NOx tiende a alcanzar su límite.
Por tanto, si el motor de combustión interna 1 está en funcionamiento con mezcla pobre, es necesario disminuir la concentración de oxígeno contenido en el gas de escape que fluye hacia el catalizador de NOx, aumentar la concentración de un agente reductor, y descargar y reducir los óxidos de nitrógeno (NOx) absorbidos por el catalizador de NOx antes de que la capacidad de absorción de NOx del catalizador de NOx alcance su límite.
Como métodos para disminuir así la concentración de oxígeno, son concebibles la adición de combustible al gas de escape, la combustión a baja temperatura mencionada anteriormente, un cambio del momento o el número de veces de inyección de combustible en los cilindros 2, y similares. Esta realización emplea un mecanismo de suministro de agente reductor para añadir combustible (aceite ligero) que sirve como agente reductor para el gas de escape que fluye a través del tubo de escape 19 aguas arriba del filtro 20. El mecanismo de suministro de agente reductor añade combustible al gas de escape, mediante lo cual disminuye la concentración de oxígeno contenido en el gas de escape que fluye hacia el filtro 20, y aumenta la concentración del agente reductor.
Tal como se muestra en la figura, el mecanismo de suministro de agente reductor está dotado con un agujero de inyector que está dirigido hacia el interior del tubo bifurcado de escape 18. El mecanismo de suministro de agente reductor tiene una válvula de inyección de agente reductor 28, un conducto de suministro de agente reductor 29 y una válvula de cierre 31. La válvula de inyección de agente reductor 28 se abre en respuesta a una señal procedente de la ECU 35 e inyecta combustible. El combustible descargado desde la bomba de combustible 6 se introduce en la válvula de inyección de agente reductor 28 a través del conducto de suministro de agente reductor 29. La válvula de cierre 31 está dispuesta en el conducto de suministro de agente reductor 29 para cortar el flujo de combustible en el conducto de suministro de agente reductor 29.
En un mecanismo de suministro de agente reductor de este tipo, se suministra combustible a alta presión descargado desde la bomba de combustible 6 a la válvula de inyección de agente reductor 28 a través del conducto de suministro de agente reductor 29. La válvula de inyección de agente reductor 28 entonces se abre en respuesta a una señal procedente de la ECU 35, y se inyecta combustible que sirve como agente reductor en el tubo bifurcado de escape 18.
El agente reductor inyectado en el tubo bifurcado de escape 18 desde la válvula de inyección de agente reductor 28 disminuye la concentración de oxígeno del gas de escape que ha fluido desde una parte aguas arriba del tubo bifurcado de escape 18.
El gas de escape así formado y que muestra una baja concentración de oxígeno fluye hacia el filtro 20. Los óxidos de nitrógeno (NOx) absorbidos por el filtro 20 se descargan y se reducen a nitrógeno (N_{2}).
Entonces, la válvula de inyección de agente reductor 28 se cierra en respuesta a una señal procedente de la ECU 35, mediante lo cual deja de añadirse agente reductor al tubo 18 ramificado de escape.
En esta realización, se añade combustible mediante inyección en el gas de escape. Sin embargo, también es apropiado que se realice la combustión a baja temperatura para aumentar adicionalmente la cantidad de gas de EGR después de que la cantidad de generación de hollín haya alcanzado su máximo a través de un aumento de la cantidad de recirculación de gas de EGR. Además, también es apropiado que se inyecte combustible desde las válvulas de inyección de combustible 3 en una carrera de expansión, una carrera de escape, o similar del motor de combustión interna 1.
El motor de combustión interna 1 construido tal como se describió anteriormente está dotado con una unidad 35 electrónica de control (ECU) para controlar el motor de combustión interna 1. La ECU 35 controla el estado de funcionamiento del motor de combustión interna 1 según una condición de funcionamiento del motor de combustión interna 1 o una petición del conductor.
Diversos sensores tales como el sensor de presión del raíl común 4a, el anemómetro 11, el sensor de temperatura de admisión 12, un sensor de presión del tubo de admisión 17, el sensor de temperatura de escape 24, un sensor de posición del cigüeñal 33, un sensor de temperatura del refrigerante 34 y un sensor de apertura del acelerador 36 están conectados a la ECU 35 a través de cables eléctricos. Se introducen las señales de salida de estos sensores en la ECU 35.
Las válvulas de inyección de combustible 3, el accionador de mariposa de admisión 14, el accionador de mariposa de escape 22, la válvula de inyección de agente reductor 28, la válvula de EGR 26, la válvula de cierre 31 y similares están conectados a la ECU 35 a través de cables eléctricos. La ECU 35 puede controlar estos componentes.
Tal como se muestra en la figura 3, la ECU 35 tiene una CPU (unidad central de procesamiento) 351, una ROM 352, una RAM (memoria de acceso aleatorio) 353, una RAM de seguridad 354, un puerto de entrada 356, y un puerto de salida 357, que están interconectados mediante un bus bidireccional 350. La ECU 35 también tiene un convertidor A/D 355 (A/D) conectado al puerto de entrada 356.
Se introducen las señales de salida de los sensores diseñados para producir señales digitales, tales como el sensor de posición del cigüeñal 33, en el puerto de entrada 356. Estas señales de salida se transmiten a la CPU 351 o la RAM 353 a través del puerto de entrada 356.
Se introducen las señales de salida de los sensores diseñados para producir señales analógicas, tales como el sensor de presión del raíl común 4a, el anemómetro 11, el sensor de temperatura de admisión 12, el sensor de presión del tubo de admisión 17, el sensor de temperatura de escape 24, el sensor de temperatura del refrigerante 34 y el sensor de apertura del acelerador 36, en el puerto de entrada 356 a través del A/D 355. Estas señales de salida se transmiten a la CPU 351 o la RAM 353 a través del puerto de entrada 356.
El puerto de salida 357 está conectado a las válvulas de inyección de combustible 3, el accionador de mariposa de admisión 14, el accionador de mariposa de escape 22, la válvula de EGR 26, la válvula de inyección de agente reductor 28, la válvula de cierre 31, y similares a través de cables eléctricos. Se transmiten las señales de control producidas desde la CPU 351 a las válvulas de inyección de combustible 3, el accionador de mariposa de admisión 14, el accionador de mariposa de escape 22, la válvula de EGR 26, la válvula de inyección de agente reductor 28 y la válvula de cierre 31 a través del puerto de salida 357.
La ROM 352 almacena programas de aplicación tales como una rutina de control de la inyección de combustible para controlar las válvulas de inyección de combustible 3, una rutina de control de la mariposa de admisión para controlar la válvula de mariposa de admisión 13, una rutina de control de la mariposa de escape para controlar la válvula de mariposa de escape 21, una rutina de control de la EGR para controlar la válvula de EGR 26, una rutina de control de la purificación de NOx para descargar los NOx absorbidos añadiendo un agente reductor al filtro 20, una rutina de control de la eliminación del envenenamiento para eliminar el envenenamiento por SOx del filtro 20 y una rutina de control de la combustión de MP para quemar y eliminar la MP recogida por el filtro 20.
Además de los programas de aplicación mencionados anteriormente, la ROM 352 almacena diversos mapas de control. Por ejemplo, los mapas de control incluyen un mapa de control de la cantidad de inyección de combustible que muestra la relación entre los estados de funcionamiento del motor de combustión interna 1 y cantidades de inyección de combustible base (periodos de inyección de combustible base), un mapa de control del momento de inyección de combustible que muestra la relación entre los estados de funcionamiento del motor de combustión interna 1 y los momentos de inyección de combustible base, un mapa de control de la apertura de la válvula de mariposa de admisión que muestra la relación entre los estados de funcionamiento del motor de combustión interna 1 y las aperturas objetivo de la válvula de mariposa de admisión 13, un mapa de control de la apertura de la válvula de mariposa de escape que muestra la relación entre los estados de funcionamiento del motor de combustión interna 1 y las aperturas objetivo de la válvula de mariposa de escape 21, un mapa de control de la apertura de la válvula de EGR que muestra la relación entre los estados de funcionamiento del motor de combustión interna 1 y las aperturas objetivo de la válvula de EGR 26, un mapa de control de la cantidad de adición de agente reductor que muestra la relación entre los estados de funcionamiento del motor de combustión interna 1 y las cantidades de adición objetivo del agente reductor (o las relaciones aire-combustible objetivo de gas de escape), un mapa de control de la válvula de inyección de agente reductor que muestra la relación entre las cantidades de adición objetivo del agente reductor y los periodos de apertura de la válvula de inyección de agente reductor 28, y similares.
La RAM 353 almacena señales de salida de los sensores, resultados de cálculo obtenidos a partir de la CPU 351, y similares. Por ejemplo, los resultados de cálculo incluyen el número de revoluciones que se calcula basándose en un intervalo temporal en el que el sensor de posición del cigüeñal 33 produce una señal de pulso. Estos datos se actualizan cada vez que el sensor de posición del cigüeñal 33 produce una señal de pulso.
La RAM de seguridad 354 es una memoria no volátil que puede contener datos incluso tras detenerse el motor de combustión interna 1.
La CPU 351 funciona según los programas de aplicación almacenados en la ROM 352 y realiza el control de las válvulas de inyección de combustible, control de la mariposa de admisión, control de la mariposa de escape, control de la EGR, control de la purificación de NOx, control de la eliminación del envenenamiento, control de la combustión de MP, y similares.
Por ejemplo, durante el control de la purificación de NOx, la CPU 351 realiza el denominado control de picos transitorios con mezcla rica en el que se disminuye la concentración de oxígeno contenido en el gas de escape que fluye hacia el filtro 20 con picos transitorios en un ciclo relativamente corto (en un periodo corto).
En un control de picos transitorios con mezcla rica, la CPU 351 determina en un ciclo predeterminado si se ha satisfecho o no una condición para realizar el control de picos transitorios con mezcla rica. Por ejemplo, esta condición para realizar el control de picos transitorios con mezcla rica es que se haya activado el filtro 20, que el valor de la señal de salida del sensor de temperatura de escape 24 (temperatura del gas de escape) sea igual que o inferior a un valor del límite superior predeterminado, que no se esté realizando el control de la eliminación del envenenamiento, o similar.
Si se determina que se ha satisfecho la condición para realizar el control de picos transitorios con mezcla rica tal como se describió anteriormente, la CPU 351 controla la válvula de inyección de agente reductor 28 de modo que se inyecta combustible que sirve como agente reductor desde la válvula de inyección de agente reductor 28 con picos transitorios. Por tanto, la CPU 351 hace temporalmente la relación aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el filtro 20 igual que una relación aire-combustible rica objetivo predeterminada.
Más específicamente, la CPU 351 lee una velocidad del motor almacenada en la RAM 353, una señal de salida del sensor de apertura del acelerador 36 (apertura del acelerador), un valor de señal de salida del anemómetro 11 (cantidad de aire de admisión), una señal de salida del sensor de relación aire-combustible, una cantidad de inyección de combustible, y similares.
Usando el número de revoluciones, la apertura del acelerador, la cantidad de aire de admisión y la cantidad de inyección de combustible como parámetros, la CPU 351 accede al mapa de control de la cantidad de adición de agente reductor almacenado en la ROM 352 y calcula una cantidad de adición (cantidad de adición objetivo) del agente reductor requerida para hacer la relación aire-combustible de gas de escape igual que una relación aire-combustible objetivo preseleccionada.
Usando la cantidad de adición objetivo como parámetro, la CPU 351 accede entonces al mapa de control de la válvula de inyección de agente reductor almacenado en la ROM 352 y calcula un periodo de apertura (periodo de apertura objetivo) de la válvula de inyección de agente reductor 28 requerido para inyectar la cantidad de adición objetivo del agente reductor desde la válvula de inyección de agente reductor 28.
Si se calcula el periodo de apertura objetivo de la válvula de inyección de agente reductor 28, la CPU 351 abre la válvula de inyección de agente reductor 28.
Si ha transcurrido el periodo de apertura objetivo tras la apertura de la válvula de inyección de agente reductor 28, la CPU 351 cierra la válvula de inyección de agente reductor 28.
Si la válvula de inyección de agente reductor 28 se abre así durante el periodo de apertura objetivo, se inyecta la cantidad de adición objetivo de combustible desde la válvula de inyección de agente reductor 28 en el tubo bifurcado de escape 18. El agente reductor inyectado desde la válvula de inyección de agente reductor 28 se mezcla con el gas de escape que ha fluido desde una parte aguas arriba del tubo bifurcado de escape 18, forma una mezcla que tiene la relación aire-combustible objetivo y fluye hacia el filtro 20.
Como resultado, la concentración de oxígeno del gas de escape que fluye hacia el filtro 20 cambia en un ciclo relativamente corto. Por tanto, el filtro 20 repite la absorción de los óxidos de nitrógeno (NOx) y la descarga/reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx) alternativamente en un ciclo corto.
En el control de la eliminación del envenenamiento, la CPU 351 realiza un procedimiento de eliminación del envenenamiento de modo que se elimina el envenenamiento del filtro 20 por los óxidos.
Ha de observarse en el presente documento que el motor de combustión interna 1 puede usar un combustible que contiene azufre (S). Si se quema un combustible de este tipo en el motor de combustión interna 1, se producen óxidos de azufre (SOx) tales como dióxido de azufre (SO_{2}) y trióxido de azufre (SO_{3}).
Los óxidos de azufre (SOx) fluyen hacia el filtro 20 junto con el gas de escape y se absorben por el filtro 20 según el mismo mecanismo que en el caso de los óxidos de nitrógeno (NOx).
Más específicamente, si el gas de escape que fluye hacia el filtro 20 muestra una elevada concentración de oxígeno, los óxidos de azufre (SOx) contenidos en el gas de escape, tales como dióxido de azufre (SO_{2}) y trióxido de azufre (SO_{3}), se oxidan sobre la superficie de platino (Pt) y se absorben por el filtro 20 en la forma de iones sulfato (SO_{4}^{2-}). Los iones sulfato (SO_{4}^{2-}) así absorbidos por el filtro 20 se unen a óxido de bario (BaO) y forman sulfato de bario (BaSO_{4}).
Ha de observarse en el presente documento que el sulfato de bario (BaSO_{4}) es más estable y es menos probable que se descomponga que el nitrato de bario (Ba(NO_{3})_{2}). Aunque disminuya la concentración de oxígeno del gas de escape que fluye hacia el filtro 20, el sulfato de bario (BaSO_{4}) sigue estando en el filtro 20 sin descomponerse.
Si aumenta la cantidad de sulfato de bario (BaSO_{4}) en el filtro 20, disminuye por consiguiente la cantidad de óxido de bario (BaO) que puede contribuir a la absorción de los óxidos de nitrógeno (NOx). Esto conduce al denominado envenenamiento por azufre, que produce el deterioro en la capacidad de absorción de NOx del filtro 20.
Según un método a modo de ejemplo para eliminar el envenenamiento por azufre del filtro 20, se eleva la temperatura atmosférica del filtro 20 hasta un intervalo de temperatura elevada de aproximadamente 600 a 650ºC, y se disminuye la concentración de oxígeno del gas de escape que fluye hacia el filtro 20. Como resultado, el sulfato de bario (BaSO_{4}) absorbido por el filtro 20 se descompone térmicamente en SO_{3}^{-} y SO_{4}^{-}. Entonces, se hace que SO_{3}^{-} y SO_{4}^{-} reaccionen con los hidrocarburos (HC) y el monóxido de carbono (CO) contenidos en el gas de escape y se reduzcan a SO_{2}^{-} gaseoso.
Por tanto, el procedimiento de recuperación del envenenamiento según esta realización está diseñado de tal manera que la CPU 351 realiza en primer lugar el control del calentamiento del catalizador para elevar la temperatura del lecho del filtro 20 y luego disminuye la concentración de oxígeno del gas de escape que fluye hacia el filtro 20.
En el control del calentamiento del catalizador, la CPU 351 puede estar diseñada, por ejemplo, para inyectar combustible desde cada una de las válvulas de inyección de combustible 3 de manera secundaria durante una carrera de expansión de un cilindro correspondiente de los cilindros 2, añadir el combustible al gas de escape desde la válvula de inyección de agente reductor 28 para oxidar los componentes sin quemar del combustible en el filtro 20, y elevar la temperatura del lecho del filtro 20 por medio del calor generado a través de la oxidación.
Sin embargo, si el filtro 20 se calienta excesivamente, puede inducirse la degradación térmica del filtro 20. Por lo tanto, es preferible realizar el control por retroalimentación de la cantidad de inyección secundaria de combustible y la cantidad de adición de combustible basándose en un valor de señal de salida del sensor de temperatura de escape 24.
Si la temperatura del lecho del filtro 20 se eleva hasta un intervalo de temperatura elevada de aproximadamente 600 a 650ºC a través del procedimiento de calentamiento del catalizador mencionado anteriormente, la CPU 351 hace que se inyecte combustible desde la válvula de inyección de agente reductor 28 de modo que se disminuya la concentración de oxígeno del gas de escape que fluye hacia el filtro 20.
Si se inyecta una cantidad excesiva de combustible desde la válvula de inyección de agente reductor 28, el combustible puede quemarse abruptamente en el filtro 20 y sobrecalentar el filtro 20. De lo contrario, el filtro 20 puede enfriarse innecesariamente por la cantidad excesiva de combustible inyectado desde la válvula de inyección de agente reductor 28. Por lo tanto, es preferible que la CPU 351 realice el control por retroalimentación de la cantidad de inyección de combustible desde la válvula de inyección de agente reductor 28 basándose en una señal de salida del sensor de relación aire-combustible (no mostrado).
Si el procedimiento de recuperación del envenenamiento se realiza así, la concentración de oxígeno del gas de escape que fluye hacia el filtro 20 disminuye bajo la condición de que la temperatura del lecho del filtro 20 sea elevada. Entonces, el sulfato de bario (BaSO_{4}) absorbido por el filtro 20 se descompone térmicamente en SO_{3}^{-} y SO_{4}^{-}. Los SO_{3}^{-} y SO_{4} SO_{3}^{-} y SO_{4}^{-} reaccionan con los hidrocarburos (HC) y el monóxido de carbono (CO) contenidos en el gas de escape y se reducen, mediante lo cual el filtro 20 se recupera del envenenamiento por azufre.
A continuación en el presente documento, se describirá un flujo del control del calentamiento y el control de la recuperación del envenenamiento por azufre según esta realización.
La figura 5A y 5B son diagramas de flujo para ejecutar el control del calentamiento según esta realización. Este control se inicia si ha de realizarse la eliminación de partículas finas mediante oxidación (a continuación en el presente documento, denominado recuperación de MP o regeneración de MP) o la recuperación del envenenamiento por azufre, es decir, si está activado ("ON") un indicador que indica que han de ejecutarse estos controles.
El control de la recuperación del envenenamiento por azufre se inicia basándose en el consumo total de combustible, una señal de salida de un sensor de NOx (no mostrado), una distancia de marcha del vehículo, y similares. Puesto que los componentes de azufre contenidos en el combustible envenenan el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión soportado sobre el filtro 20, el consumo total de combustible puede almacenarse en la RAM 353 y el control de la recuperación del envenenamiento por azufre puede iniciarse cuando la cantidad de adición de combustible alcanza un valor predeterminado. A medida que avanza el envenenamiento por azufre, disminuye la cantidad de NOx absorbida por el catalizador de NOx de tipo reducción/oclusión y aumenta la cantidad de NOx que fluye aguas abajo del filtro 20. Por lo tanto, puede disponerse un sensor de NOx (no mostrado) aguas abajo del filtro 20. En este caso, puede monitorizarse una señal de salida del sensor de NOx, y el control de la recuperación del envenenamiento por azufre puede iniciarse cuando la cantidad de NOx que fluye aguas abajo del filtro 20 alcanza un valor predeterminado o más. Además, cuando la distancia de marcha del vehículo alcanza un valor predeterminado o más, se determina que se requiere la recuperación del envenenamiento por azufre, y se establece un indicador de control de la recuperación del envenenamiento por azufre.
En el caso de la recuperación de MP, si la diferencia de presión en el tubo de escape 19 entre los lados aguas arriba y aguas abajo del filtro 20, que se detecta mediante el sensor de presión diferencial 37, alcanza un valor predeterminado o más, puede estimarse que al menos una cantidad prescrita de MP se ha acumulado sobre el filtro 20. Por tanto, se establece un indicador de control de la recuperación de MP si se acumula al menos la cantidad prescrita de MP.
Si está activado el indicador de recuperación del envenenamiento por azufre o el indicador de recuperación de MP, la rutina avanza a la etapa S101.
En la etapa S101, se determina si el motor de combustión interna 1 está en un estado de carga baja o no. Si el motor de combustión interna 1 no está en el estado de carga baja, se determina que no es necesario realizar la recuperación de MP y similares basado en el control del calentamiento. Por lo tanto, se termina la rutina.
Por otro lado, si el motor de combustión interna 1 está en el estado de carga baja, la rutina avanza a la etapa S102. En la etapa S102, se determina si la temperatura del lecho del filtro 20 es inferior a 150ºC o no. Se estima la temperatura del filtro 20 usando el sensor de temperatura de escape 24 dispuesto en el tubo de escape 19 inmediatamente aguas arriba del filtro 20. Si la temperatura del filtro 20 es inferior a 150ºC, el catalizador no se activa y no puede llevarse a cabo una purificación de escape eficaz.
Si la temperatura del lecho del filtro 20 es inferior a 150ºC, la rutina avanza a la etapa S103. Si la temperatura del lecho del filtro 20 es igual que o superior a 150ºC, se termina el control. En este caso, se realizan la eliminación de partículas finas mediante oxidación y la recuperación del envenenamiento por azufre según el control del calentamiento normal y similares.
En la etapa S103, se determina si el motor de combustión interna 1 se ha dejado en el estado de carga baja y la temperatura del lecho del filtro 20 se ha mantenido inferior a 150ºC durante un periodo predeterminado (primer periodo predeterminado) o más o no. Se determina el primer periodo predeterminado en vista de diversos factores. Por ejemplo, el primer periodo predeterminado puede ser de quince minutos.
Si el motor de combustión interna 1 se ha dejado en el estado de carga baja y la temperatura del lecho del filtro 20 se ha mantenido inferior a 150ºC durante el primer periodo predeterminado o más, la rutina avanza a la etapa S104. De lo contrario, se termina el control.
En la etapa S104, se determina si el motor de combustión interna 1 está en un estado al ralentí o no. Por ejemplo, si el número de revoluciones del motor de combustión interna 1 es de aproximadamente 750 rpm, se determina que el motor de combustión interna 1 está en el estado al ralentí, y la rutina avanza a la etapa S106. De lo contrario, la rutina avanza a la etapa S105, y se realiza la combustión de calentamiento inicial.
En la etapa S106, el número de revoluciones del motor de combustión interna 1 se eleva hasta 1.200 rpm y se realiza la combustión de calentamiento inicial. La rutina avanza entonces a la etapa S107.
La combustión de calentamiento inicial se realiza con el fin de elevar la temperatura del filtro 20. A continuación en el presente documento, se describirán métodos a modo de ejemplo de la combustión de calentamiento inicial.
Un primer método a modo de ejemplo es retrasar el momento de inyección de combustible al punto muerto superior de una carrera de compresión o después durante la combustión del motor de combustión interna 1. En la combustión normal, se inyecta el combustible primario cerca del punto muerto superior de una carrera de compresión. Si se retrasa el momento de la inyección, se aumenta el periodo de combustión retardada, mediante lo cual se eleva la temperatura del gas de escape. La temperatura del filtro 20 se eleva con la elevación de la temperatura del gas de escape.
Un segundo método a modo de ejemplo es inyectar combustible secundario cerca del punto muerto superior de una carrera de admisión además del combustible primario. A continuación en el presente documento, tal inyección adicional del combustible secundario se denomina inyección VIGOM. La inyección VIGOM aumenta la cantidad de inyección de combustible. Por lo tanto, se eleva la temperatura del gas de escape, mediante lo cual puede elevarse la temperatura del filtro 20.
La inyección VIGOM cerca del punto muerto superior de una carrera de admisión produce productos intermedios tales como aldehído, cetona, peróxido y monóxido de carbono mediante el calor de compresión durante una carrera de compresión. Estos productos intermedios aceleran la reacción del combustible primario que se inyecta posteriormente. En este caso, no se producirá un fallo de encendido aunque se retrase el momento de la inyección del combustible primario, mediante lo cual se realiza una combustión excelente. Por tanto, puede elevarse la temperatura del gas de escape retrasando el momento de la inyección del combustible primario. Por lo tanto, puede elevarse la temperatura del filtro 20.
Un tercer método a modo de ejemplo es realizar una post-inyección durante una carrera de expansión o una carrera de escape además de la inyección del combustible primario. En este caso, la mayor parte del combustible inyectado mediante la post-inyección se descarga al tubo de escape en la forma de hidrocarburos (HC) sin quemar. Los hidrocarburos (HC) sin quemar se oxidan sobre el filtro 20. Se eleva la temperatura del filtro 20 por el calor generado a través de la oxidación.
En la etapa S107, se determina si la temperatura del lecho del filtro 20 es de al menos 180ºC o no. Si la temperatura del lecho es de 180ºC o superior, la rutina avanza a la etapa S108.
Por otro lado, si la temperatura del lecho es inferior a 180ºC, la rutina vuelve a la etapa S106, y la combustión de calentamiento inicial se continúa mientras que se mantiene el número de revoluciones de 1.200 rpm.
En la etapa S108, se determina si la temperatura del refrigerante es de al menos 60ºC o no. Si la temperatura del refrigerante es de 60ºC o superior, la rutina avanza a la etapa S109, y se realiza la combustión a baja temperatura pobre débil como medio para elevar la temperatura del filtro 20. La combustión a baja temperatura pobre débil se realiza con la relación aire-combustible próxima a 18. Sin embargo, la relación aire-combustible no se limita a 18 y puede estar en el intervalo de 17 a 19. La combustión a baja temperatura se realiza a una relación aire-combustible que es inferior a la relación aire-combustible en la combustión normal del motor de combustión interna 1. Puesto que los componentes de hidrocarburos (HC) contenidos en el combustible se queman sobre el filtro 20, se eleva la temperatura del lecho del filtro 20.
Obsérvese que la relación aire-combustible puede ajustarse hasta un valor deseado variando la cantidad de gas de EGR.
Por otro lado, si la temperatura del refrigerante es inferior a 60ºC, la rutina avanza a la etapa S111, y se realiza la post-inyección como medio para elevar la temperatura del filtro 20.
Por tanto, se usan estos diferentes medios para elevar la temperatura del filtro 20 dependiendo de la temperatura del refrigerante con el fin de estabilizar la combustión del motor de combustión interna 1. En otras palabras, si la temperatura del refrigerante es de 60ºC o superior, la combustión a baja temperatura es estable para elevar la temperatura del filtro 20. Sin embargo, si la temperatura del refrigerante es inferior a 60ºC, la combustión a baja temperatura se vuelve inestable. El motivo por el que se selecciona la combustión a baja temperatura si la temperatura del refrigerante es de 60ºC o superior es el siguiente: en el estado de carga baja, sólo se inyecta una pequeña cantidad de combustible mediante la post-inyección. En el caso en el que se inyecta tal pequeña cantidad de combustible en una pluralidad de momentos, es difícil controlar la cantidad de inyección. Por lo tanto, es preferible realizar el control del calentamiento mediante la combustión a baja temperatura.
Por tanto, es preferible realizar el control del calentamiento mediante la combustión a baja temperatura porque es más probable que se obtenga estabilidad de la combustión. Sin embargo, si la temperatura del refrigerante es inferior a 60ºC, se prefiere la post-inyección a la combustión a baja temperatura con el fin de mantener un excelente estado de combustión.
Obsérvese que, es deseable no realizar el control del calentamiento del filtro 20 mediante la adición de combustible cuando el filtro 20 está en un intervalo de temperatura del lecho bajo. Esto es con el fin de evitar que el combustible añadido, que tiene una temperatura baja, se adhiera a la superficie de pared del tubo de escape. Por lo tanto, es preferible emplear la combustión a baja temperatura o la post-inyección como medio para el control del calentamiento que se realiza en el presente documento, porque la combustión a baja temperatura y la post-inyección no producen tal problema.
Tras realizarse la combustión a baja temperatura en la etapa S109, se determina en la etapa S110 si la temperatura del lecho del filtro 20 es de al menos 300ºC o no.
Aunque se realice la post-inyección en la etapa S111, se determina en la etapa S112 si la temperatura del lecho del filtro 20 es de al menos 300ºC o no.
Si la temperatura del lecho es inferior a 300ºC en la etapa S110, la rutina vuelve a la etapa S109 y se continúa la combustión a baja temperatura pobre débil.
Si la temperatura del lecho es inferior a 300ºC en la etapa S112, la rutina vuelve a la etapa S111 y se continúa la post-inyección.
Si la temperatura del lecho es de 300ºC o superior en la etapa S110, la rutina avanza a la etapa S114, y se continúa la combustión a baja temperatura pobre débil a una relación aire-combustible reducida adicionalmente con respecto a la relación aire-combustible en la combustión a baja temperatura. La combustión a baja temperatura pobre débil de la etapa S114 se realiza a una relación aire-combustible próxima a 16. Sin embargo, la relación aire-combustible no se limita a 16 y puede estar en el intervalo de 15 a 17.
Si la temperatura del lecho es de 300ºC o superior en la etapa S112, la rutina avanza a la etapa S113, y se determina si la temperatura del refrigerante es de al menos 60ºC o no. Si la temperatura del refrigerante es de 60ºC o superior, se suspende la post-inyección. La rutina avanza entonces a la etapa S114, y se realiza la combustión a baja temperatura pobre débil.
Si la temperatura del lecho es inferior a 60ºC en la etapa S113, la rutina avanza a la etapa S115, y se añade el combustible al sistema de escape para el control del calentamiento.
Tras realizarse la combustión a baja temperatura de la etapa S114 durante un periodo prescrito, la rutina avanza a la etapa S116, y se determina si la temperatura del lecho del filtro 20 ha alcanzando al menos 500ºC o no.
Si se añade el combustible en la etapa S115, la rutina avanza a la etapa S117 tras un periodo predeterminado, y se determina si la temperatura del lecho del filtro 20 ha alcanzando al menos 500ºC o no.
Si la temperatura del lecho del filtro 20 no ha alcanzando 500ºC en la etapa S116, la rutina vuelve a la etapa S114, y se continúa adicionalmente la combustión a baja temperatura pobre débil.
Si la temperatura del lecho del filtro 20 no ha alcanzado 500ºC en la etapa S117, la rutina vuelve a la etapa S115, y se añade adicionalmente combustible.
Si la temperatura del lecho del filtro 20 es de 500ºC o superior en la etapa S116, se determina que se ha completado la recuperación de MP cuando la diferencia de presión detectada por el sensor de presión diferencial 37 se ha reducido hasta un valor predeterminado o menos. Si no se requiere la recuperación del envenenamiento por azufre, es decir, si está inactivado ("OFF") el indicador de recuperación del envenenamiento por azufre, se termina el control.
De manera similar, si la temperatura del lecho del filtro 20 es de 500ºC o superior en la etapa S117, se continúa la recuperación de MP. Se determina que se ha completado la recuperación de MP cuando la diferencia de presión detectada por el sensor de presión diferencial 37 se ha reducido hasta un valor predeterminado o menos. Si no se requiere la recuperación del envenenamiento por azufre, es decir, si está inactivado el indicador de recuperación del envenenamiento por azufre, se termina el control.
Por otro lado, si está activado el indicador de recuperación del envenenamiento por azufre, la rutina avanza a la etapa S118, y se ejecuta el control de la recuperación del envenenamiento por azufre. En este caso, se realizan la combustión a baja temperatura pobre débil y la adición de combustible con el fin de elevar la temperatura del filtro 20 hasta 600ºC.
La rutina avanza entonces a la etapa S119, y se determina si la temperatura del lecho del filtro 20 es de al menos 600ºC o no. Si la temperatura del lecho es de 600ºC o superior, la rutina avanza a la etapa S122, y se determina si se ha realizado el control de la recuperación del envenenamiento por azufre durante un segundo periodo predeterminado o más, por ejemplo, tres minutos o más. Por otro lado, si la temperatura del lecho es inferior a 600ºC, la rutina avanza a la etapa S120, y se determina si la relación aire-combustible es inferior a la relación aire-combustible estequiométrica (relación aire-combustible teórica) o no. Si la relación aire-combustible es más pobre que la relación aire-combustible estequiométrica, la rutina vuelve a la etapa S118 y se continúa el control del calentamiento para la recuperación del envenenamiento por azufre. Por otro lado, si la relación aire-combustible es igual que o más rica que la relación aire-combustible estequiométrica, la rutina avanza a la etapa S121, y se suspende la adición de combustible durante un periodo prescrito. En este estado, se estima que no existe oxígeno en el gas de escape. Por lo tanto, el combustible no se quemará aunque se añada adicionalmente combustible. Por consiguiente, la rutina vuelve a la etapa S118 tras un periodo predeterminado que permite que exista oxígeno en el gas de escape. En la etapa S118, se realizan la combustión a baja temperatura y la adición de combustible con el fin de que continúe el control del calentamiento para la recuperación del envenenamiento por azufre.
Si se ha realizado el control de la recuperación del envenenamiento por azufre durante el segundo periodo predeterminado o más, es decir, tres minutos o más en total en la etapa S122, se determina que el catalizador se ha recuperado del envenenamiento por azufre, y se termina el control.
Si no se ha realizado el control de la recuperación del envenenamiento por azufre durante tres minutos o más en total en la etapa S122, se continúa adicionalmente este control. Se termina el control cuando se ha realizado durante tres minutos o más en total.
Tal como se ha descrito anteriormente, el dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según esta realización funciona tal como sigue: pueden requerirse el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o de la recuperación del envenenamiento por azufre en el estado en el que el motor de combustión interna permanece en un estado al ralentí durante un periodo prescrito, es decir, el motor de combustión interna permanece en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más. En este caso, el dispositivo de purificación de gas de escape anterior ajusta en primer lugar el número de revoluciones del motor (1) de combustión interna hasta un intervalo en el que la temperatura del filtro (20) puede elevarse mediante el control del calentamiento. El dispositivo de purificación de gas de escape realiza entonces el control del calentamiento mediante un medio de control de la temperatura del filtro para elevar la temperatura del filtro (20) hasta un valor predeterminado. Con el fin de elevar la temperatura del filtro, se realizan en combinación uno o más métodos apropiados de combustión a baja temperatura, post-inyección, adición de combustible al sistema de escape y similares, dependiendo del estado tal como el estado de funcionamiento del motor de combustión interna, la temperatura del refrigerante, y similares. Cuando el filtro (20) alcanza la temperatura predeterminada, el dispositivo de purificación de gas de escape realiza el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o control de la recuperación del envenenamiento por azufre para eliminar el envenenamiento por azufre de un absorbente de NOx.
El dispositivo de purificación de gas de escape para el motor de combustión interna según la presente invención puede soportar un catalizador para la purificación de NOx sobre el mismo y elevar la temperatura del filtro que puede capturar MP hasta un intervalo de temperatura predeterminado aunque el motor de combustión interna permanezca en un estado de funcionamiento a carga extremadamente baja. Por lo tanto, la eliminación de la MP capturada por el filtro y el control de la recuperación del envenenamiento por azufre del catalizador de NOx pueden realizarse de manera fiable incluso en tal situación.
Pueden requerirse el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o de la recuperación del envenenamiento por azufre cuando un motor de combustión interna ha estado en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más. En este caso, el número de revoluciones del motor de combustión interna 1 se ajusta hasta un intervalo en el que la temperatura del filtro 20 puede elevarse mediante el control del calentamiento. El control del calentamiento se ejecuta entonces mediante un medio de control de la temperatura del filtro para elevar la temperatura del filtro 20 hasta un valor predeterminado. Cuando el filtro 20 alcanza la temperatura predeterminada por medio de la combustión a baja temperatura, post-inyección, inyección VIGOM, adición de combustible a un sistema de escape y similares, se realizan el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o de la recuperación del envenenamiento por azufre para eliminar el envenenamiento por azufre de un absorbente de NOx. La eliminación de la MP capturada por el filtro y el control de la recuperación del envenenamiento por azufre del absorbente de NOx pueden realizarse entonces aunque el motor de combustión interna se deje en un estado de funcionamiento a carga extremadamente baja.
Aunque se ha descrito la invención con referencia a realizaciones a modo de ejemplo de la misma, ha de entenderse que la invención no se limita a las realizaciones o construcciones a modo de ejemplo. Por el contrario, la invención pretende cubrir diversas modificaciones y disposiciones equivalentes dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (12)

1. Dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna, que incluye:
un filtro (20) que soporta un absorbente de NOx sobre el mismo y que puede capturar temporalmente partículas finas contenidas en el gas de escape del motor de combustión interna (1) y eliminar las partículas finas mediante oxidación en un intervalo de temperatura prescrito, funcionando el absorbente de NOx para absorber los NOx contenidos en el gas de escape cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una relación aire-combustible pobre y para descargar los NOx absorbidos cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una de una relación aire-combustible teórica y una relación aire-combustible rica;
un medio de control de la temperatura del filtro (35) para ejecutar el control del calentamiento del filtro (20); y
un medio de control de la recuperación del envenenamiento por azufre (35) para ejecutar el control para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx, caracterizado por comprender:
medios de control (35) para ajustar un número de revoluciones del motor de combustión interna (1) a un intervalo en el que puede elevarse una temperatura del filtro mediante el control del calentamiento cuando se determina que ha de ejecutarse el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre y el motor de combustión interna (1) ha estado en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más, y luego ejecutar el control del calentamiento mediante el medio de control de la temperatura del filtro (35) para elevar la temperatura del filtro (20) hasta un valor predeterminado, ejecutando así el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx.
2. Dispositivo de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, caracterizado porque el control del calentamiento se ejecuta mediante cualquier combinación de la combustión a baja temperatura, post-inyección, inyección VIGOM y adición de combustible a un sistema de escape según el estado de funcionamiento del motor de combustión interna (1).
3. Dispositivo de purificación de gas de escape según la reivindicación 2, caracterizado porque el control del calentamiento para eliminar las partículas finas mediante oxidación se ejecuta mediante la combinación de una o más de la combustión a baja temperatura, la post-inyección, inyección VIGOM y la adición de combustible al sistema de escape, y el control del calentamiento para la recuperación de un envenenamiento por azufre se ejecuta mediante la combinación de la combustión a baja temperatura y la adición de combustible al sistema de escape.
4. Dispositivo de purificación de gas de escape según la reivindicación 3, caracterizado porque, en el control del calentamiento para eliminar las partículas finas mediante oxidación, al menos la combustión a baja temperatura se realiza cuando una temperatura de refrigerante del motor de combustión interna (1) es igual que o superior a un valor predeterminado, y al menos la post-inyección se realiza cuando la temperatura del refrigerante del motor de combustión interna es inferior al valor predeterminado.
5. Dispositivo de purificación de gas de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la combustión a baja temperatura se realiza en el motor de combustión interna (1) a una relación aire-combustible pobre débil en un intervalo de 15 a 19.
6. Dispositivo de purificación de gas de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, en el control de la eliminación mediante oxidación, un agente de descarga de oxígeno activo para absorber oxígeno cuando está presente una cantidad excesiva de oxígeno alrededor del agente de descarga de oxígeno activo y descargar el oxígeno absorbido como oxígeno activo cuando disminuye una concentración de oxígeno ambiental está soportado sobre el filtro (20), y el oxígeno activo se descarga del agente de descarga de oxígeno activo cuando se adhieren al filtro (20) partículas finas, mediante lo cual las partículas finas que se adhieren al filtro (20) se eliminan mediante oxidación con el oxígeno activo descargado.
7. Método de purificación de gas de escape de un dispositivo de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna, que incluye
un filtro que soporta un absorbente de NOx sobre el mismo y que puede capturar temporalmente partículas finas contenidas en el gas de escape del motor de combustión interna (1) y eliminar las partículas finas mediante oxidación en un intervalo de temperatura prescrito, funcionando el absorbente de NOx para absorber los NOx contenidos en el gas de escape cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una relación aire-combustible pobre y para descargar los NOx absorbidos cuando el gas de escape que fluye hacia el absorbente de NOx muestra una de una relación aire-combustible teórica y una relación aire-combustible rica,
un medio de control de la temperatura del filtro (35) para ejecutar el control del calentamiento del filtro (20), y
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un medio de control de la recuperación del envenenamiento por azufre (35) para ejecutar el control para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx, caracterizado por comprender las etapas de:
ajustar un número de revoluciones del motor de combustión interna (1) hasta un intervalo en el que una temperatura del filtro (20) puede elevarse mediante el control del calentamiento, cuando se determina que ha de ejecutarse el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación y/o el control de la recuperación del envenenamiento por azufre, y el motor de combustión interna (1) ha estado en un estado de carga extremadamente baja durante un periodo predeterminado o más;
ejecutar el control del calentamiento mediante el medio de control de la temperatura del filtro (35) para elevar la temperatura del filtro (20) hasta un valor predeterminado; y
ejecutar el control de la eliminación de partículas finas mediante oxidación o/y el control de la recuperación del envenenamiento por azufre para eliminar el envenenamiento por azufre del absorbente de NOx.
8. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, caracterizado porque el control del calentamiento se ejecuta mediante cualquier combinación de la combustión a baja temperatura, post-inyección, inyección VIGOM y adición de combustible a un sistema de escape según un estado de funcionamiento del motor de combustión interna (1).
9. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 8, caracterizado porque el control del calentamiento para eliminar las partículas finas mediante oxidación se ejecuta mediante la combinación de una o más de la combustión a baja temperatura, la post-inyección, inyección VIGOM y la adición de combustible al sistema de escape, y el control del calentamiento para la recuperación de un envenenamiento por azufre se ejecuta mediante la combinación de la combustión a baja temperatura y la adición de combustible al sistema de escape.
10. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 9, caracterizado porque, en el control del calentamiento para eliminar las partículas finas mediante oxidación, se realiza al menos la combustión a baja temperatura cuando una temperatura de refrigerante del motor de combustión interna (1) es igual que o superior a un valor predeterminado, y se realiza al menos la post-inyección cuando la temperatura del refrigerante del motor de combustión interna es inferior al valor predeterminado.
11. Método de purificación de gas de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque se realiza la combustión a baja temperatura en el motor de combustión interna (1) a una relación aire-combustible pobre débil en un intervalo de 15 a 19.
12. Método de purificación de gas de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque, en el control de la eliminación mediante oxidación, un agente de descarga de oxígeno activo para absorber oxígeno cuando está presente una cantidad excesiva de oxígeno alrededor del agente de descarga de oxígeno activo y descargar el oxígeno absorbido como oxígeno activo cuando disminuye una concentración de oxígeno ambiental está soportado sobre el filtro (20), y el oxígeno activo se descarga del agente de descarga de oxígeno activo cuando se adhieren al filtro (20) partículas finas, mediante lo cual las partículas finas que se adhieren al filtro (20) se eliminan mediante oxidación con el oxígeno activo descargado.
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